Гипероксия возникает, когда клетки, ткани и органы подвергаются избытку кислорода ( O 2 ) или парциальному давлению кислорода, превышающему нормальное . [1]
В медицине это относится к избыточному содержанию кислорода в легких или других тканях организма и возникает в результате повышенного парциального давления альвеолярного кислорода , то есть парциального давления альвеолярного кислорода, превышающего парциальное давление воздуха для дыхания при нормальном (на уровне моря) атмосферном давлении . Это может быть вызвано вдыханием воздуха при давлении выше нормального или вдыханием других газовых смесей с высоким содержанием кислорода , высоким давлением окружающей среды или тем и другим.
Организм толерантен к некоторым отклонениям от нормального парциального давления вдыхаемого кислорода, но достаточно повышенный уровень гипероксии может со временем привести к кислородной токсичности , механизм которой связан с парциальным давлением, а тяжесть - с дозой. Гипероксия является противоположностью гипоксии ; Гипероксия относится к состоянию, при котором подача кислорода к тканям является избыточной, а гипоксия относится к состоянию, при котором подача кислорода недостаточна.
Дополнительное введение кислорода широко используется в медицине неотложной помощи и интенсивной терапии и может спасти жизнь в критических состояниях, но слишком большое количество кислорода может быть вредным и влиять на различные патофизиологические процессы. Активные формы кислорода являются известными проблемными побочными продуктами гипероксии, которые играют важную роль в сигнальных путях клеток. Существует широкий спектр эффектов, но когда гомеостатический баланс нарушается, активные формы кислорода имеют тенденцию вызывать циклическое повреждение тканей с воспалением, повреждением клеток и их гибелью. [2]
В окружающей среде гипероксией называют аномально высокую концентрацию кислорода в водоеме или другой среде обитания.
С гипероксией связан повышенный уровень активных форм кислорода (АФК), которые представляют собой химически активные молекулы , содержащие кислород. Эти кислородсодержащие молекулы могут повреждать липиды, белки и нуклеиновые кислоты и вступать в реакцию с окружающими биологическими тканями. В организме человека имеются естественные антиоксиданты для борьбы с реактивными молекулами, но защитная антиоксидантная защита может быть истощена из-за обилия активных форм кислорода, что приводит к окислению тканей и органов. [1]
Симптомы, возникающие при вдыхании высоких концентраций кислорода в течение длительного времени, изучались на различных животных, таких как лягушки, черепахи, голуби, мыши, крысы, морские свинки, кошки, собаки и обезьяны. В большинстве этих исследований сообщалось о возникновении раздражения, застоя и отека легких и даже о смерти в результате длительного воздействия. [3]
Добавление кислорода может привести к кислородной токсичности , также известной как синдром кислородной токсичности, кислородная интоксикация и кислородное отравление. Существует два основных типа кислородной токсичности: токсичность для центральной нервной системы (ЦНС) и токсичность для легких и глаз. [4]
Временное воздействие высокого парциального давления кислорода при давлении, превышающем атмосферное, может привести к токсичности центральной нервной системы (ЦНС). Ранним, но серьезным признаком кислородной токсичности ЦНС являются судорожные припадки, также известные как генерализованные тонико-клонические припадки. Этот тип припадка состоит из потери сознания и сильных мышечных сокращений. Признаки и симптомы кислородного отравления обычно преобладают, но не существует стандартных предупреждающих признаков того, что вскоре последует приступ. Судороги, вызванные кислородным отравлением, не приводят к гипоксии, побочному эффекту, обычному для большинства припадков, поскольку в момент начала судорог в организме имеется избыточное количество кислорода. Однако припадки могут привести к утоплению, если судороги испытывает дайвер, все еще находящийся в воде. [4]
Длительное воздействие более высоких уровней кислорода при атмосферном давлении может привести к легочной и глазной токсичности. Симптомы кислородного отравления могут включать дезориентацию, проблемы с дыханием, близорукость или ускоренное развитие катаракты . Длительное воздействие парциального давления кислорода, превышающего нормальное, может привести к окислительному повреждению клеточных мембран . Признаки легочного (легочного) кислородного отравления начинаются с легкого раздражения в области трахеи . Обычно возникает легкий кашель, за которым следует сильное раздражение и еще более сильный кашель, пока дыхание не становится весьма болезненным и кашель не становится неконтролируемым. Если подача кислорода будет продолжена, человек заметит стеснение в груди, затрудненное дыхание, одышку, а если воздействие продолжится, то наступит летальный исход из-за недостатка кислорода. [4]
Известно, что кислород, подаваемый под давлением выше атмосферного, повреждает растения, животных и аэробные бактерии, такие как Escherichia coli . [ нужна цитация ] Повреждающее воздействие варьируется в зависимости от используемого образца, его возраста, физиологического состояния и диеты. [ нужна цитата ]
Имеющиеся данные указывают на то, что гипероксия может быть вредной, но надежные данные интервенционных исследований ограничены. [2]
Добавление кислорода было обычной процедурой догоспитального лечения на протяжении многих лет. Рекомендации включают предостережения относительно хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ). Эти рекомендации подчеркивают необходимость использования 28% кислородных масок и предупреждают об опасности гипероксии. [ нужна цитата ] Длительное использование дополнительного кислорода улучшает выживаемость пациентов с ХОБЛ, но может привести к повреждению легких. [5]
Дополнительная причина гипероксии связана с подводным плаванием с дыхательным аппаратом. Дайверы вдыхают смесь газов, которая должна включать кислород, а парциальное давление кислорода в любой газовой смеси будет увеличиваться с глубиной. Во время погружения атмосферный воздух становится гипероксичным, и гипероксическая газовая смесь, известная как найтрокс , используется для снижения риска декомпрессионной болезни путем замены части содержащегося азота кислородом. Вдыхание найтрокса может привести к кислородному отравлению из-за высокого парциального давления кислорода, если его использовать слишком глубоко или слишком долго. Протоколы безопасного использования повышенного парциального давления кислорода при дайвинге хорошо известны и регулярно используются аквалангистами-любителями, военными боевыми дайверами и профессиональными дайверами с насыщением. [6] Самый высокий риск гипероксии наблюдается при гипербарической оксигенотерапии , где она является побочным эффектом с высокой вероятностью лечения более серьезных состояний и считается приемлемым риском, поскольку с ним можно эффективно бороться без видимых долгосрочных последствий. [7]
Кислородные ребризеры также используются для нормобарической повседневной работы и экстренного реагирования в непригодной для дыхания атмосфере или в обстоятельствах, когда пригодность окружающего газа для дыхания неизвестна или может измениться без предупреждения, например, при пожаротушении, подземных спасательных операциях и работе в замкнутых пространствах. . Дополнительный кислород также используется при работе на большой высоте в авиации и альпинизме. Во всех этих случаях максимальная концентрация естественным образом ограничивается давлением окружающей среды, но нижний предел обычно сложнее контролировать, а непосредственные последствия гипоксии обычно более серьезны, чем непосредственные последствия гипероксии, поэтому существует тенденция к обеспечивают большую погрешность в случае гипоксии, и пользователь большую часть времени подвергается воздействию гипероксических состояний.
Дополнительный кислород является эффективным и широко доступным методом лечения гипоксемии и гипоксии, связанных со многими патологическими процессами, но другие патофизиологические процессы связаны с повышенным уровнем активных форм кислорода (АФК), вызванным гипероксией. Эти АФК вступают в реакцию с биологическими тканями и могут повредить белки , липиды и нуклеиновые кислоты . Антиоксиданты, обычно защищающие ткани, могут быть подавлены более высокими уровнями АФК, вызывая тем самым окислительный стресс . [1]
Альвеолярные и альвеолярно-капиллярные эпителиальные клетки уязвимы к повреждениям, вызванным свободными радикалами кислорода из-за гипероксии. При острых повреждениях легких этого типа повышенная проницаемость микроциркуляторного русла легких приводит к утечке плазмы, вызывающей отек легких и нарушения коагуляции и отложения фибрина. Производство поверхностно-активных веществ может быть нарушено. Максимальная польза от доступности кислорода — это баланс между необходимостью и токсичностью в континууме. [1]
Кумулятивная доза кислорода определяется комбинацией времени воздействия, давления окружающей среды и доли кислорода во вдыхаемом газе. Последние два фактора можно объединить как парциальное давление вдыхаемого кислорода в альвеолах. Парциальное давление вдыхаемого кислорода, превышающее 0,6 бар (FIO2 >0,6 при нормальном атмосферном давлении), применяемое в течение продолжительных периодов времени, порядка нескольких дней, токсично для легких, что известно как отравление кислородом низкого давления, легочная токсичность или синдром Лоррейна Смита. эффект. Эта форма воздействия приводит к застою дыхательных путей, отеку легких и ателектазу , вызванному повреждением оболочек бронхов и альвеол. Скопление жидкости в легких вызывает ощущение одышки, ощущается жжение в горле и грудной клетке, дыхание болезненное. При нормальном атмосферном давлении эффект в основном ограничивается легкими, поскольку они непосредственно подвергаются воздействию высокой концентрации кислорода, который не распределяется по всему организму, поскольку транспортировка ограничивается буферной системой гемоглобин-кислород, и в легкие переносится относительно мало кислорода. раствор в плазме. При более высоких давлениях окружающей среды и более высоких парциальных давлениях кислорода, когда большее количество кислорода переносится в растворе, токсическое воздействие на центральную нервную систему проявляется в течение гораздо более короткого времени воздействия. Это известно как отравление кислородом под высоким давлением или эффект Пола Берта. [1]
Диагноз обычно упрощается, если известен опыт воздействия намеренно повышенных концентраций кислорода. Существует несколько обстоятельств, при которых человек не будет знать о воздействии дозы кислорода, превышающей нормальную.
Добавки кислорода используются для лечения тканевой гипоксии и для купирования артериальной гипоксемии. Высокие концентрации кислорода часто назначают пациентам с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) или острым повреждением легких (ОПЛ). Известно, что добавление кислорода вызывает повреждение тканей, при этом токсичность увеличивается с увеличением концентрации кислорода и давления воздействия. К сожалению, добавление кислорода необходимо, если человек не может получать достаточное количество кислорода посредством дыхания и перфузии . Чтобы снизить вероятность гипероксии, терапевт должен использовать самую низкую концентрацию кислорода, необходимую человеку. Не существует известных альтернатив кислородным добавкам. [8]
Дайверы могут подвергаться риску как поражения центральной нервной системы, так и отравления кислородом легких, и эти риски хорошо изучены. Были разработаны протоколы, которые налагают ограничения на парциальное давление кислорода в дыхательном газе, которые подвергают дайвера приемлемому общему риску, учитывая, что судороги и потеря сознания под водой при использовании аквалангового снаряжения часто приводят к смерти в результате утопления. Погружение с газом, подаваемым с поверхности, с использованием шлема или полнолицевой маски защищает дыхательные пути гораздо лучше, чем клапан по требованию , удерживаемый зубами, и в некоторых обстоятельствах могут быть приемлемы несколько более высокие парциальные давления и немного более высокий риск кислородной токсичности. Существует компромисс между риском, связанным с более длительными декомпрессионными обязательствами, которые удерживают дайвера в воде дольше, и кислородным отравлением.
При погружениях с поверхности время воздействия обычно недостаточно для развития симптомов легочной токсичности, а интервалы между погружениями обычно достаточно длительны для восстановления, поэтому парциальное давление кислорода (PO 2 ) обычно выбирается так, чтобы максимизировать время безостановок или минимизировать декомпрессию. время, поскольку декомпрессия в холодной воде обычно вызывает стресс у дайвера. При погружениях с насыщением , когда дайвер будет дышать газовой смесью под давлением в течение периодов от нескольких недель до месяца, P O 2 необходимо поддерживать на достаточно низком уровне, чтобы избежать легочной токсичности, и допускать отклонения вниз от давления хранения, сохраняя при этом достаточно высоким, чтобы учесть возможные непредвиденные обстоятельства, связанные с временным снижением давления, во время которого крайне желательно, чтобы пострадавшие дайверы оставались в сознании и были в состоянии выполнять необходимые задачи для минимизации последствий, а также позволяли совершать подъемы вверх без необходимости переключения газа. Было обнаружено, что парциальное давление около 0,4 бар удовлетворяет этим условиям.
Дополнительный кислород является одним из наиболее часто используемых методов лечения критических заболеваний и обычно используется при лечении острого шока и в других случаях неотложной помощи, но оптимальная дозировка редко очевидна, а во время искусственной вентиляции легких, анестезии и реанимации подача обычно превышает физиологические потребности. чтобы избежать дефицита. Возникающее в результате превышение требований может быть вредным, но обычно в меньшей степени, чем общее гипоксическое состояние. Тщательное титрование подачи кислорода при мониторинге оксигенации может обеспечить достаточную оксигенацию тканей без гипероксического вреда. [2]
При атмосферном давлении нет риска острой кислородной токсичности, но существует вероятность легочной токсичности, а гипероксия может усугубить некоторые состояния, при которых дополнительное обеспечение кислородом в противном случае полезно.
{{cite book}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )